上軟下硬復(fù)合地層基坑地連墻成槽設(shè)備配置及工效分析

張帆舸

（中鐵十五局集團(tuán)有限公司，上海 200070）

0 引言

地下連續(xù)墻由于具有強(qiáng)度高、剛度大、地層適用性強(qiáng)、環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)，在城市地下工程中常被用于基坑圍護(hù)體系，起到截水、擋土等作用，可為基坑施工創(chuàng)造良好的條件。地連墻的施工受地層條件影響較大，盧偉[1]研究發(fā)現(xiàn)，對于地下連續(xù)墻成槽施工，在較軟地層中常用的沖擊鉆輔助成槽機(jī)的施工工藝，在中風(fēng)化、微風(fēng)化等堅(jiān)硬巖層中易出現(xiàn)偏孔、沖孔緩慢等問題，施工效率低、延誤工期。鑒于傳統(tǒng)成槽設(shè)備在堅(jiān)硬地層中的這些缺陷，胡文東等[2]在廣州海珠區(qū)深基坑工程中采用了雙輪銑成槽，認(rèn)為雙輪銑在堅(jiān)硬巖層中適用性好，除能提高效率、保證施工質(zhì)量外，對周邊環(huán)境影響小，較適于城市建筑地連墻的施工。還有一些學(xué)者則探索了地下連續(xù)墻成槽設(shè)備的組合施工技術(shù)，如王明峰[3]在南京和燕路過江通道工程超深超寬基坑地下連續(xù)墻施工中探索了“抓，旋，沖，銑”結(jié)合工藝，結(jié)果證明，結(jié)合工藝的施工效率高，環(huán)境影響小，能較好適用于環(huán)境敏感區(qū)石方基坑。隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展，在濱海地區(qū)建筑工程中經(jīng)常會遇到淤泥覆蓋高強(qiáng)度硬巖的上軟下硬地層，在該地層下的地連墻施工仍缺乏成熟的工藝可供參考，本文結(jié)合廣州市橫瀝地下車站基坑工程，分析了在上軟下硬復(fù)合地層中基坑地連墻成槽的設(shè)備配置和施工工效，為后續(xù)類似工程提高施工效率提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

橫瀝車站為廣州軌交十八號線附屬車站，位于南沙區(qū)橫瀝鎮(zhèn)。車站為地下三層單柱雙跨矩形框架結(jié)構(gòu)，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐，墻底進(jìn)入全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化巖層。

基坑地層從上至下依次為：＜1＞填土層、＜2-1A＞淤泥土層、＜2-1B＞淤泥質(zhì)土層、＜2-2＞淤泥質(zhì)粉細(xì)砂層、＜2-3＞淤泥質(zhì)中粗砂、＜5H-2＞砂質(zhì)粘土層、＜6H＞全風(fēng)化花崗巖、＜7H＞強(qiáng)風(fēng)化花崗巖及＜8H＞中風(fēng)化花崗巖、＜9H＞微風(fēng)化花崗巖。表層淤泥厚達(dá)16m，基底主要位于全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，局部位于中風(fēng)化及微風(fēng)化花崗巖，硬巖突起傾入基坑底，巖石強(qiáng)度高，平均厚度達(dá)5.72m。地層整體上軟下硬，地質(zhì)條件差。

車站采用明挖順筑法施工，基坑長694.2m，深26.5～28.4m，如圖1 所示。采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚1.2m，共272 幅，主要采用6m 標(biāo)準(zhǔn)長度。地連墻入巖較深，中風(fēng)化平均入巖4.3m，微風(fēng)化平均入巖3.5m。上軟下硬地層條件下，如何最大限度地發(fā)揮設(shè)備的工效、保證質(zhì)量和進(jìn)度是工程的難點(diǎn)。

圖1 橫瀝站地連墻布置圖

2 地連墻成槽設(shè)備選型及施工方案

2.1 設(shè)備選型

目前常用的地連墻成槽設(shè)備有抓斗式成槽機(jī)、沖擊式成槽設(shè)備、液壓銑槽機(jī)等。根據(jù)橫瀝站基坑地層試驗(yàn)數(shù)據(jù)，＜1＞標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測平均值24.0 擊，＜2-1A＞ 2.2 擊，＜2-1B＞ 2.6 擊，＜2-2＞ 4.3 擊，＜2-3＞ 11.3 擊，＜5H-2＞ 27.8 擊，＜6H＞ 51.7 擊，上部地層相對軟弱，可充分發(fā)揮成槽機(jī)的工效優(yōu)勢。而＜7H＞標(biāo)貫試驗(yàn)實(shí)測平均值74.9 擊，該地層成槽機(jī)的適用性差。對于橫瀝站基坑下部的堅(jiān)硬地層，＜8H＞中風(fēng)化花崗巖的飽和狀態(tài)巖石抗壓強(qiáng)度平均值為23.7MPa，為較軟巖，巖體較破碎，RQD 約20%，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ類，在該地層中以雙輪銑成槽為主。＜9H＞微風(fēng)化花崗巖的天然狀態(tài)巖石抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為84.3MPa，飽和狀態(tài)巖石抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為74.5MPa，為堅(jiān)硬巖，巖體較完整，RQD 約60%，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅱ類，在該地層中可投入適量沖擊鉆以提高整體工效。成槽施工設(shè)備主要配置了液壓抓斗成槽機(jī)（徐工XG600D），雙輪銑（徐工XTC80-85 和土力130），沖擊鉆（CJF-15）。

2.2 施工方案

方案一：液壓抓斗成槽機(jī)+沖擊鉆

采用液壓抓斗抓完上部土層，硬巖地層采用沖擊鉆機(jī)排孔沖擊成槽，先用十字型鉆頭分序排孔沖擊，抽渣筒排渣，再用方形的沖錘整修槽段，期間液壓成槽機(jī)配合沖擊鉆撈渣。標(biāo)準(zhǔn)幅寬的槽布置7 個孔，一幅槽段兩臺鉆機(jī)同時沖槽，如圖2。

圖2 沖槽順序示意圖

方案二：液壓抓斗成槽機(jī)＋雙輪銑

淤泥地層采用液壓抓斗成槽機(jī)成槽，入巖后采用雙輪銑施工，搭配沖擊鉆或成槽機(jī)修孔及抓取沉碴。采用“抓銑”方式成槽，按槽段劃分，分幅跳槽施工，標(biāo)準(zhǔn)槽段采用“三抓法”開挖成槽后銑槽機(jī)銑至設(shè)計(jì)標(biāo)高，施工過程如圖3。

圖3 成槽施工示意圖（mm）

3 地下連續(xù)墻施工效果分析

成槽質(zhì)量用超聲波成槽質(zhì)量檢測儀檢測，圖4 為代表性超聲波槽壁檢測圖，槽段的槽寬、槽深、沉渣厚度、垂直度等均滿足規(guī)范要求。

圖4 超聲波槽壁檢測代表性結(jié)果

徐工雙輪銑工效部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1 所示，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在強(qiáng)風(fēng)化巖進(jìn)尺約為0.58m/h，中風(fēng)化約為0.24m/h，微風(fēng)化約為0.22m/h。

表1 徐工雙輪銑工效表

土力雙輪銑工效部分?jǐn)?shù)據(jù)如表2，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在強(qiáng)風(fēng)化巖進(jìn)尺約為0.96m/h，中風(fēng)化約為0.67m/h，微風(fēng)化約為0.53m/h。

表2 土力雙輪銑工效表

沖擊鉆工效部分?jǐn)?shù)據(jù)如表3所示，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，沖擊鉆單孔工效：強(qiáng)風(fēng)化進(jìn)尺0.5m/h·孔，中風(fēng)化0.31m/h·孔，微風(fēng)化0.29m/h·孔。整幅槽段進(jìn)尺：強(qiáng)風(fēng)化進(jìn)尺0.15m/ h·槽，中風(fēng)化0.09m/ h·槽，微風(fēng)化0.085m/ h·槽。

表3 沖擊鉆工效表

綜上，在強(qiáng)風(fēng)化地層，土力雙輪銑≈1.7 倍徐工雙輪銑≈5.9 倍沖擊鉆；在中風(fēng)化地層，土力雙輪銑≈2.8 倍徐工雙輪銑≈7.5 倍沖擊鉆；在微風(fēng)化地層，土力雙輪銑≈2.4 倍徐工雙輪銑≈6.2 倍沖擊鉆。雙輪銑工效遠(yuǎn)大于沖擊鉆，可顯著提升成槽效率。

采用雙輪銑施工堅(jiān)硬巖層比傳統(tǒng)沖擊鉆+成槽機(jī)工法能節(jié)約更多工期和成本。如施工單幅厚0.2m 寬6m 深23m、巖層強(qiáng)度80MPa、厚度7m 地連墻，工期、成本對比如表4，在工期上，雙輪銑施工需0.6d，沖擊鉆+成槽機(jī)需25d，雙輪銑可節(jié)約工期24.4d，在成本上，雙輪銑施工成本3 萬，沖樁機(jī)+成槽機(jī)施工成本3.75 萬，雙輪銑節(jié)約成本0.75 萬。

4 結(jié)論

針對橫瀝車站基坑淤泥覆蓋下高強(qiáng)度硬巖上軟下硬復(fù)合地層，通過對不同設(shè)備組合在該地質(zhì)條件下的成槽效率、成本對比分析得出，采用成槽機(jī)+雙輪銑的設(shè)備組合及施工工藝，相較于傳統(tǒng)沖擊鉆輔助成槽機(jī)施工方法，具有鉆進(jìn)能力強(qiáng)、工效高、成槽質(zhì)量好、環(huán)境影響小的優(yōu)點(diǎn)，也為類似的工程提供了借鑒。

本文針對淤泥覆蓋下高強(qiáng)度硬巖上軟下硬復(fù)合地層中地連墻成槽效率低的工程難題，對比分析了該地層條件下不同設(shè)備組合的成槽效率和成本，發(fā)現(xiàn)采用雙輪銑施工堅(jiān)硬巖層比傳統(tǒng)以沖擊鉆為主的方法單幅墻可節(jié)約工期24.4d 成本0.75 萬，在上軟下硬復(fù)合地層中上部采用成槽機(jī)、下部入巖后采用雙輪銑的設(shè)備組合及施工工藝具有顯著優(yōu)勢。